1、互通加宽桥梁设计 摘要：针对高速公路上常见的互通加宽桥梁，本文从结构选型到主梁布置两个主要方面进行分析，总结此类桥梁常用的设计方法，并结合具体的工程实例加以说明，以供同类型桥梁设计参考。 关键词：、互通、加宽、桥梁 Design of Wide Broaden Bridge(The survey & design branch of Sichuan highway bridge construction group, Chengdu 610031)Abstract: In view of the common widen bridge in the highway interchange ,t
2、his paper from two main aspects of structure selection to the main girder arrangement were analyzed ,summarized a variety of common design method of such bridges ,and we illustrated them with project examples in order to offer reference to design of the same type of bridgesKey words: interchange、 wi
3、de broaden、bridges引言近年来，随着高速公路的快速发展，涌现出各种的异形桥梁。其中又以加宽、变宽桥梁居多，尤其是在枢纽互通式立交范围内，因其具有长度短、曲线半径小、加宽值大、各种交通流线交叉，结构形式复杂，最常见的喇叭形互通为中主线与匝道想接时需要设置加减速车道，当主线桥梁进入变速车道段或过渡段时便呈现加宽、变宽的趋势。如何使桥梁做到简化设计，方便施工的同时又能契合路面加宽线型，就成了设计上的一个难点。本文就从结构选型和主梁布置两个主要方面总结互通加宽桥梁的设计方法，再结合江津（渝黔界）经习水至古蔺（黔川界）高速公路一碗水互通中的下溪沟大桥加以说明。1 结构选型1.1、现浇箱梁
4、互通中上部结构选型常受到孔跨布置及线型控制，对于非标准跨径且曲线半径小，加宽值大的桥梁，采用传统的预制梁板装配拼接，通过调整湿接缝宽度拟合不出与路基平顺衔接的加宽桥，此时考虑采用整体现浇箱梁，通过调整上翼缘悬臂板的长度来满足桥梁宽度的变化，使得线型更加流畅、外形美观。视觉上与整体协调，不显突兀；结构上现浇箱梁具有整体性好、抗扭刚度大，建筑高度小、受力性好，耐久性强；受力上，采用比较成熟的梁格法进行空间有限元分析，满足设计精度要求。然互通加宽桥梁在匝道分叉节点处，涉及到箱室个数变化，构造处理烦琐复杂；施工上，异性模板加工周期长，采用满堂支架施工时，支架用量较大，造价价高，施工进度慢。故现浇箱梁的
5、设计施工应用也有一定的局限性，仅在对景观要求较高或者需要特殊处理设计时才具有优势。1.2、预制梁板拼装对于互通中的变速车道段，加宽值常为一次线性渐变值，路面外边线位于缓和曲线上。当桥跨布置为常规标准孔跨时，为简化设计考虑采用预制梁板拼装。此时为适应公路平面线性，在加宽值较小的情况下：可按等宽度桥梁布置，调整防撞护栏的位置，满足桥梁变宽要求。这样的设计简化了上部结构的施工，但往往也会造成护栏以外多伸出了一部分梁板结构，影响了桥梁的美观，当防撞护栏以外多出的梁板面积较大时，也显得浪费；另外，由于防撞护栏位置与梁板端部的小幅度偏离，需要提前在梁板结构相对位置上预埋护栏底座的钢筋。路线线形的加宽，也可
6、通过调整湿接缝的宽度及边梁外挑悬臂长度来满足，在实际设计中，梁片数、梁间湿接缝宽度及边梁外挑悬臂长度都会使梁距计算变得复杂，所以要准确分析各影响因素指标，以适应不同的桥面宽度。边梁的外挑悬臂长度常常影响到构件的承载力及稳定性，需要计算悬臂支点的弯矩是否满足设计要求，加宽桥梁的范围有限；而调整湿接缝宽度，在主梁片数较多的情况下，累计加宽幅度较大，但湿接缝宽度的最大可调范围有限。故采用预制梁板拼装时，虽能简化设计且满足既有成品梁模块化生产，标准化程度高，施工进度快等特点，但还需要对主梁进行合理布设才能满足线性加宽要求。2 结构布梁布梁通常是相对于曲线桥而言，对于互通中的曲线加宽桥，当上部结构采用预
7、制梁（板）时就需要通过合理的布梁设计，来满足公路平面线形及结构受力要求，从而加快施工进度，降低施工难度，2.1 弯桥直做对于大半径的曲线桥，加宽值较小且全桥范围内外弧长差值不大时可采用弯桥直做法，布梁原则又分为经线法和平分中矢法，当中矢10cm，可以路线全幅中心线上两桥台连线作为桥跨轴线，将曲线桥转化为直线桥；当 10cm中矢20cm 时可采用平分中矢法，可以将路线全幅中心线上 2 桥台中心连线偏移1/2 中矢作为桥跨轴线，将曲线桥转化为直线桥，曲线加宽线性由护栏调节。2.2 折线布梁对于半径较小，弦弧差较大时，可采用墩台径向布置法，即我们常说的扇形法，保持墩台中心线与路中心线交点的切线夹角成
8、一个固定值，这样每孔的布梁是完全相同的（位于圆曲线内时） ，但每孔之内的每块板长不同，且每块板两端的斜角不一样，对于梁长变化幅度较小的，施工时可采用等长度预制，架梁后通过调整封锚端或现浇横梁的厚度实现梁长变化，若梁长变化幅度较大则需按实际梁长预制。基线偏移有两种即：相对于墩台中心连线偏置，偏置基线为直线，相对于路线中心线偏置，偏置基线为曲线。布梁时根据墩台盖梁处的路面宽度计算出梁片数及湿接缝的宽度，再按照每片主梁的宽度偏置基线，定位出偏置后中线与墩台盖梁中线的交点，再分别连接前后两盖梁上的交点，便得到各片主梁中心线。路面线形的加宽由湿接缝宽度的变化来调节。 3 工程实例下溪沟左线大桥位于一碗水
9、互通范围内，该互通设于温水镇以西处，是江津至习水高速公路与“ 一横 ”交叉设置的枢纽，考虑到东向延伸的温水新站正安段也已开展前期研究，本互通将正习主线路基及桥梁拼宽，部分匝道利用正安至习水主线桥梁上跨或下穿。下溪沟左线大桥就是利用互通加宽区分线与 A匝道相接，桥址中心桩号 K41+207.2，桥梁全长 363.0m，共分 3 联，即（1X30m+4X40m+3X40m） 。上部结构采用预应力混凝土（后张）T 梁，先简支后结构连续，其中第 1、2 联路面净宽均为 11m，第 3 联为互通变宽区，6 号桥墩处于与 A 匝道相接处，最大桥高 38m。路面净宽由 22.13m 渐变为 16.14m，下
10、部结构为单幅多柱墩，钻孔灌注桩基础。下图一为第 3 联的桥孔平面布置图，左侧位于 R=1500m,Ls=170m 的缓和曲线上。图一 第 3 联桥孔平面布置图3.1 主梁选择该桥第 3 联虽然位于互通加宽区内，但是 40m 的跨径为常规跨径。设计上从工程可行性、施工工艺和工期及经济技术方面进行比较优先采用预制 T 梁。T 梁方案为先简支后结构连续，因此要求有足够宽阔的场地来预制预制梁，而本桥恰位于温水镇，交通相对较方便，能够快速运进机具材料，桥位处地形平坦，有利于机械安装，材料堆放，临时工棚的搭设；从工艺上讲，采用预制 T梁，施工技术成熟，风险较低，施工期间，受天气影响较小，养护更好，并且成批
11、制作，质量更能得到保障；从工期上说，在下部结构进行现浇时，可进行T 梁上部结构的预制，待下部结构成形，可以架设时，就可以架梁，能有效节约时间；缩短周期的同时可减少施工中的建设管理费。若采用现浇箱梁于该桥第 3 联的上部结构而言的是不足的。首先，该联中7 号墩墩高较高，达到 38m：而箱梁又是现浇的，需要搭设支架，在墩高较高，跨径较大，路面又宽的情况下，对满堂支架的耗材就多，且对工期的影响较大，经济方面，建设工期长，造价相对较高；施工工艺上，如此大体积混凝土箱梁施工中，混凝土的水化热难免会造成结构表面的蜂窝麻面，表观微裂纹等。另外，在对景观要求不高的情况下，选择现浇箱梁不具备优势。综上，该桥第
12、3 联按标准的 40m 正交 T 梁进行布梁，通过调整湿接缝的宽度及外边板的翼缘尺寸来满足互通加宽的要求，横断面的布置图如下图所示：图二 T 梁横断面布置图3.2 布梁方式 采用手动布梁，以线路中线为基线，由内向外布板。因全桥为先简支后结构连续，故该联每孔的梁片数要一致，由图一可知 6 号墩横断面宽度为22.13m，9 号台为 16.14m，宽度差值达到 6m。若要将这 6m 的差值分散到每块板上，每块板都需要进行特殊设计。为了简化设计，在保证结构合理的前提下，控制湿接缝宽度范围为 30120cm，边外板翼缘长度为 85150cm，从而确定 6号墩的横断面尺寸为：235+6170+7 103+
13、235=2211cm，内外边板为 235cm，中板为 170cm，湿接缝宽度为 103.3cm；同理 7 号墩的横断面尺寸为205+6170+783+205=2011cm，内外边板为 205cm，中板为 170cm，湿接缝宽度为 83cm；8 号墩的横断面尺寸为 205+6170+755+205=1815cm，内外边板为 205cm，中板为 170cm，湿接缝宽度为 55m；9 号台的横断面尺寸为170+6170+736 +170=1612cm，内外边板为 170cm，中板为 170cm，湿接缝宽度为 36m，中板个数均为 6，湿接缝个数均为 7。确定好各个横断面上的尺寸后再以基线为标准线按照
14、每片主梁的宽度偏置路线设计中心线，定位出偏置后中线与墩台盖梁中心线的交点，再分别连接前后两盖梁上的交点即为每片梁的中心线。由此得到的每孔主梁中心与相邻孔的主梁中线存在微小的折角，但不影响结构连续。内外边板翼缘长度从 150cm 渐变为 85cm，视觉上比较流畅。第 3 联的主梁布置图及各片主梁的参数如下：图三 第 3 联主梁平面布置图跨号 梁编号 1 2 3 4 5 6 7 8梁长 cm 3952.2 3952.4 3952.8 3953.3 3953.8 3954.5 3955.3 3956.2首夹角 89.557 89.271 88.984 88.698 88.412 88.126 87.
15、840 87.5547尾夹角 90.428 90.715 91.001 91.287 91.574 91.860 92.146 92.432梁长 cm 3920.0 3920.1 3920.4 3920.9 3921.6 3922.5 3923.5 3924.8首夹角 90.000 89.599 89.198 88.797 88.396 87.995 87.595 87.1958尾夹角 90.000 90.401 90.802 91.203 91.604 92.005 92.405 92.805梁长 cm 3952.2 3952.4 3952.7 3953.0 3953.5 3954.0 39
16、54.7 3955.49 首夹角 89.499 89.234 88.969 88.704 88.439 88.174 87.910 87.645尾夹角 90.501 90.766 91.031 91.296 91.561 91.826 92.090 92.355表一 第 3 联主梁参数表从上表可以看出每孔的主梁首尾夹角均不相同，但是夹角与 90的标准梁相差都小于 3，可以按 40m 的标准正交 T 梁进行预制，调整封锚端来满足斜角要求；主梁长度也不尽相同，但每孔的各片主梁最大差值不足 5cm，考虑到该桥为结构连续 T 梁，本身预留了部分现浇连续段，故可采用统一梁长预制，调整现浇段的长度以满足各
17、片梁的实际长度，最终第 7 孔梁可以按 39.50m 进行预制，第八孔梁按 39.20m 预制，第九孔梁按 39.50m 进行预制。从上图三也可以看出，路面的加宽值较大，但是主梁的布置满足了每孔梁的湿接缝宽度一致，外边板的悬臂长度第 7 孔由 150cm 渐变为标准的 120cm，第 9 孔由标准的120cm 渐变为 85cm，也都在可控范围内。由此大大简化了上部结构的设计又满足了互通加宽的线形要求。4 结语互通加宽桥梁的设计较为复杂，若互通内对景观要求较高或者孔径布置为非标准跨径，需特殊设计时，推荐采用现浇箱梁；若采用传统预制梁（板）结构，则对上下部几何尺寸影响较大，务必选择合理的布梁方式，
18、结合一碗水互通中下溪沟大桥的实践工程，从上部结构选型到主梁布梁满足了互通梁桥加减速车道路面加宽的线形要求，在简化设计的同时又使得桥梁线形与路面线形相吻合，为今后类似项目的桥梁设计提供有益参考。参考文献1檀惠容 秦志军 乔可帅 浅谈路基渐变段中小桥变宽设计J 山西交通科技 2004.1 2 张彦 王永恒 浅谈变宽桥梁的设计 现代交通技术 2008.033 倪丹 高军 周指示 浅析斜弯桥的布梁设计 中小企业管理与科技（上旬刊）4 陈晨 刘洋亿 曲线桥梁的自动布梁方案设计研究J 交通科技 2010.65 侯革 史成万 李天柱 互通式立交桥桥梁桥面板变宽的几何设计 宁夏工程技术 2006.126傅立娟 104 国道匝道桥小箱梁结构设计与计算 城市建筑桥梁、隧道 2014.
